[论文解读] A secured Cryptographic Hashing Algorithm

Rakesh Mohanty, Niharjyoti Sarangi+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 30, 2010

Chaos-based Image/Signal Encryption参考文献 1被引用 6

一句话总结

本文提出了一种新型密码哈希算法，旨在相比MD5提升安全性和随机性。该算法使用每块一个伪随机密钥和按位运算处理128位填充的消息块，生成抵抗碰撞和入侵攻击的固定长度摘要，实验结果表明其在鲁棒性方面优于MD5。

ABSTRACT

Cryptographic hash functions for calculating the message digest of a message has been in practical use as an effective measure to maintain message integrity since a few decades. This message digest is unique, irreversible and avoids all types of collisions for any given input string. The message digest calculated from this algorithm is propagated in the communication medium along with the original message from the sender side and on the receiver side integrity of the message can be verified by recalculating the message digest of the received message and comparing the two digest values. In this paper we have designed and developed a new algorithm for calculating the message digest of any message and implemented t using a high level programming language. An experimental analysis and comparison with the existing MD5 hashing algorithm, which is predominantly being used as a cryptographic hashing tool, shows this algorithm to provide more randomness and greater strength from intrusion attacks. In this algorithm the plaintext message string is converted into binary string and fragmented into blocks of 128 bits after being padded with user defined padding bits. Then using a pseudo random number generator a key is generated for each block and operated with the respective block by a bitwise operator. This process is terated for the whole message and finally a fixed length message digest is obtained.

研究动机与目标

• 设计一种比现有算法（如MD5）更安全且抗碰撞的密码哈希函数。
• 通过每条消息块动态生成密钥，提升对入侵和密码分析攻击的抵抗能力。
• 通过生成唯一、不可逆且固定长度的消息摘要，确保消息完整性。
• 使用高级编程语言实现并实验评估该算法。
• 展示该算法在随机性和强度方面优于广泛使用的MD5算法。

提出的方法

• 将输入消息转换为二进制字符串，并使用用户定义的填充位进行填充，形成128位块。
• 使用伪随机数生成器为每个128位消息块生成唯一密钥。
• 使用按位运算将每个块与其对应的密钥结合，生成中间值。
• 该过程在所有消息块间迭代进行，通过链式机制使前一个块的输出影响下一个块。
• 最终输出为从最后一个块处理结果导出的固定长度消息摘要。
• 使用高级编程语言实现该算法，以进行实验评估并与MD5比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否设计一种新型密码哈希算法，使其在抗碰撞和基于碰撞的攻击方面优于MD5？
• RQ2 每块使用伪随机密钥在多大程度上提升了哈希输出的随机性和安全性？
• RQ3 在密码学强度和完整性验证方面，该算法在多大程度上优于MD5？
• RQ4 用户定义的填充与按位运算的结合是否增强了消息摘要的不可预测性？
• RQ5 该算法能否在提升对密码分析技术的抵抗能力的同时，保持不可逆性和唯一性？

主要发现

• 实验分析表明，所提出的算法在生成的消息摘要中表现出比MD5更高的随机性。
• 每块使用伪随机密钥通过引入动态密钥机制增强了安全性，降低了可预测性。
• 由于用户定义的填充与按位运算相结合，该算法在抵抗入侵攻击方面表现出更强的抵抗力。
• 消息摘要具有唯一性和不可逆性，满足核心密码哈希函数的特性。
• 实验结果证实，该算法在密码学强度和抗碰撞能力方面优于MD5。
• 通过迭代处理生成最终的固定长度摘要，确保了通信信道中的一致性和完整性验证。